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40000字硕士毕业论文基于遗传神经网络的淠沙砂岩水土保持功能研究

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:40000字
论点:沙棘,砂岩,评价
论文概述:

素有\"地球环境癌症\"称号的砒砂岩区的水土流失情况十分严重,每年随水土侵蚀过程而进入黄河中下游的沉积泥沙大多来源于此。上世纪八十年代中期,随着原水利部部长钱正英同志\"以开发沙棘

论文正文:

介绍

1.1。研究背景和意义
软砂岩地区水土流失十分严重,被称为“地球环境的毒瘤”。随着水土流失进入黄河中下游的大部分泥沙每年都来自该地区。20世纪80年代中期,在水利部前部长钱嬴政同志的号召下,“以开发沙棘资源为突破口,加快黄土高原的治理”(Zhezhanping and王世平,2004),在软砂岩地区积极开展了一系列治沙保土的生态建设工程。特别是沙棘生态建设项目,以提高该地区植被覆盖度是同类项目的重中之重。皮沙砂岩地区广泛分布于晋、陕、内蒙古边境地区。核心区行政范围涵盖内蒙古自治区达拉特旗、金航旗、伊金霍洛旗、准格尔旗、东胜区和清水河县、陕西省神木县和府谷县、山西省河曲县和保德县,总面积16,700人(王常远等,2007年)。其中,内蒙古自治区鄂尔多斯市的分布面积约占全国砷砂岩总面积的2/3。
由于砷砂岩特殊的结构性质,该地区的生活环境恶劣,植被覆盖严重不足。经过水利专家多年的探索、比较、筛选和试验,最终选择了环境效益和经济效益较高的沙棘作为治理软砂岩地区水土流失的先锋树种。自1999年以来,鄂尔多斯管辖范围内的准格尔旗、东胜区、达拉特旗、伊金霍洛旗和金航旗先后被中国水利部水土保持植物开发管理中心列为“沙棘生态工程”项目种植区。经过几十年的不断建设、管理和维护,总有效面积为1328.36km2的沙棘人工林不仅改变了大面积软质砂岩贫瘠的恶劣条件,还发挥了控制土壤侵蚀、净化空气体环境、减少洪水和风沙、保护生物多样性等一系列生态服务功能。通过特殊的水文功能和植被的生长特性,对促进当地生态环境的发展和人民生活水平的提高起到了一定的作用。
近年来,人们越来越认识到陆地生态系统在改善我们赖以生存的地球环境方面发挥着不可替代的作用。林业建设逐渐成为中国生态建设的主体,而环境经济学与生态学相结合的生态经济学学科也将研究重点转移到生态系统服务的效益和价值评估上。因此,越来越多的学者和研究人员开始关注大量原生植被和人工植被森林生态服务功能效益的评价,并通过一系列监测实验等技术手段,对各种人工林生态系统的各种生态功能进行定性和定量研究。然而,对于砷砂岩这一重要而特殊的地区,人工沙棘生态林的大规模建设始于20世纪90年代后期,对其生态服务功能的综合评价研究非常少。因此,为了考察沙棘生态工程几十年来的建设成就和未来更好的发展,在分析和研究现有软质砂岩地区人工沙棘林的基础上,从沙棘最重要的水土保持服务功能的角度对沙棘生态工程进行准确的评价是非常重要和必要的。

1.2。研究意义
合理评价区域水土流失综合治理效果和生态建设项目发挥的水土保持服务功能是一项重要工作。近年来,在植被水土保持功能评价的研究中,我国学者大多侧重于建立一套包含多种评价指标的指标体系,并确定各指标的权重(魏洪波等,2002),然后运用模糊综合评价法、综合指数法、主成分分析法、灰色系统评价法等综合评价方法获得综合评价值。在实际应用中,这类综合评价问题涉及的多指标与评价值之间存在着非常复杂的非线性关系。传统的解决方案存在两个难点:评价指标对综合价值即权重的贡献度有一定的主观因素和人为干扰;多个评价指标与一个或多个综合值之间的非线性关系很难用精确的数学模型来表达。鉴于这两点,人工神经网络模型,一个由大量简单神经元连接而成的非线性系统,可以通过大量输入样本的重复学习和训练,归纳出问题的特征,并根据数据的特征获得相对客观的权重(卢高雯和王阎正,2003)。它非常适合于非线性问题的模式识别和分类。

2。研究领域概述和研究方法

2.1。研究区概述
鄂尔多斯是中国内蒙古自治区的地级市。它位于鄂尔多斯的西南部。其地理坐标为北纬37° 35 \'-40° 51 \'和东经106° 42 \'-111° 27 \'(鄂尔多斯地图查询)。它东西长约400公里,南北宽340公里,总面积86000平方公里。海拔在850米到2200米之间。这是一个温带大陆性气候,年平均温度为5.3℃-8.7℃,年水量为300毫米-400毫米,年降雨量集中在7月至9月之间。该地区的主要水系包括皇甫川、库叶河、团委河、孤山川等黄河支流。鄂尔多斯市有五种地貌:平原、丘陵和山脉、沙滩、高原和沙漠。软质砂岩总面积超过11000平方公里,占总面积的八分之一以上。主要分布在准格尔旗、东胜区、达拉特旗、伊金霍洛旗、金航旗等辖区内。境内沟壑纵横,主要有裸地、覆土和覆沙三种类型。风蚀、水蚀、冻融侵蚀和重力侵蚀共同发生,形成多种复合侵蚀,土壤侵蚀现象十分严重。该地区植被稀疏,天然植被以禾本科、菊科冬青亚科和苦丁茶科菊科植物为主,人工植被以油(/A W/Z/O/TW/S)、/、沙棘(沙棘) >柠条和刺槐为主

3。遗传神经网络等级评价模型的构建..............................29-57
3.1。输入和输出指标的确定.............................29-33
3.2。获取训练样本和测试样本.............................33-37
3.2.1。样本插值.............................33-34
3.2.1.1。LINSPACE函数均匀插值.............................34
3.2.1.2。兰德函数随机插值.............................34
3.2.2。数据预处理.............................34-37[/比尔/] 3.3。网络拓扑和算法的确定.............................37-40
3.3.1。输入/输出层节点数的确定.............................37 [/BR/] 3.3.2。隐含层节点数的确定.............................37-39
3.3.3。传递函数的确定.............................39
3.3.4。算法和训练函数的确定.............................39-40
3.4。的遗传算法优化.............................40-41
3.5。模型训练和仿真.............................41-54
3.5.1。模型培训.............................42-52 [/BR/] 3.5.2。模型模拟试验.............................52-54[/比尔/] 3.6。模型应用与分析.............................54-57
4。建造.............................57-62
投影寻踪等级评估模型4.1。建立个人防护装备模型.............................57-59[/比尔/] 4.2。建立个人防护装备模型.............................59-60[/溴/]用于评估样品4.3。评价结果的比较和验证.............................60[/比尔/] 5。结论与展望.............................62-64[/比尔/] 5.1。结论.............................62-63
5.2。前景.............................63-64

结论

植被建设措施是改善软岩地区水土流失和恶劣生态环境的重要技术手段。深入研究该地区特色植物的水土保持功能,将阐明\"沙棘生态工程\"建设十年来水土流失综合治理的效果,为今后软岩地区类似生态工程的可持续发展和管理提供科学依据和有效建议。沙棘能在沙漠和高山地区的恶劣环境中很好地生存。虽然它不是唯一能在软质砂岩地区生长的植物,但却是当地生态建设中环保价值最高的植物之一。本文将人工神经网络技术和遗传算法相结合,建立了拓扑结构为6-6-1的遗传-BP等级评价模型。以鄂尔多斯市五旗(区)人工沙棘林为研究对象,对其水土保持功能进行了综合评价研究,得出以下结论。
(1)与传统的综合评价方法相比,BP人工神经网络技术与遗传算法的有效结合具有突出优势,能够更好地解决基于权重的复杂非线性评价问题,在一定程度上克服了一般评价方法中权重设置的相当主观性,保证了评价结果的客观性。评价结果表明,2003年,鄂尔多斯市吴起区沙棘林水土保持功能差异不大,等级模型的产值均低于0.25,属ⅴ级。2009年,五个旗(区)沙棘林水土保持功能综合等级值为东胜区(0.84,二级) >准格尔旗(0.63,三级) >伊金霍洛旗(0.59,三级) >达拉特旗(0.55,三级) >金航旗(0.29,四级)。遗传神经网络等级评价模型在反复大规模实验的基础上选择合适的参数和训练函数。准确性高,评价结果客观稳定,网络泛化能力强,具有一定的区域适应性。该模型不仅可以进一步应用于今后山西、陕西、内蒙古等砷砂岩治理区沙棘生态工程的可持续建设和管理,也为砷砂岩地区人工林建设过程中其他适宜植被的选择和水土保持功能的评价提供了参考方法。
(2)利用高维数据降维的投影寻踪技术,建立了软质砂岩地区沙棘水土保持功能评价的投影寻踪等级评价模型,并与同一研究对象进行了验证和比较。评价结果表明,2009年,5个旗(区)沙棘林水土保持功能综合等级值为东胜区(1.63,二) >准格尔旗(2.81,三) >伊金霍洛旗(2.90,三) >达拉特旗(2.95,三) >金航旗(4.58,五)。结果表明,两种等级评价模型的评价结果非常相似,五个标志(K)的等级值排序一致。两种等级评价模型的相互验证过程和结果表明,这两种综合评价方法在保水功能评价中科学、有效、可靠。此外,基于投影寻踪等级评价模型中最佳投影方向的本质含义,可以避免人为因素的影响,通过输入数据的特征自动归纳指标权重,可以确定水土保持功能评价指标对综合评价等级值的影响程度。
(3)“沙棘生态工程”建设十多年,在治理水土流失方面取得了初步成效。鄂尔多斯市吴起(区)共种植1328.36km2人工沙棘林后,随着种植面积和建设管理水平的提高,沙棘的水土保持服务功能在十年内平均提高了两个等级,积极有效地遏制了软质砂岩地区水土流失的恶化,给当地生态环境,特别是东胜区带来了积极良好的改善效果。 这与当地的种植强度和管理水平有关,该地区的经验值得在周边地区学习和推广。